多功能工业控制平台设计_毕业设计论文(编辑修改稿)

多功能工业控制平台设计_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

，考虑到 F149 的资源，我们的设计外围模块功能图为： 图 34 外围模块功能图 下面将分模块介绍各模块原理（标示见原理图）及调试程序和结果：外存和实时 考虑到单片机有时需要实时时钟和外存 ,因此本设计加了一个 8563 实时时毕业论文 钟芯片和 24WCxx 的片外存储 ,采用 I2C 总线结构传送数据和时钟 ,通过 传送 SCL 时钟信号 , 传送地址、控制、应答和数据信号。 8563 接一个 32767HZ的晶振产生实时时 钟， R3 R31 是提拉电阻，以从 8563 和 24WCxx 中输出数据。 由于本设计中只有一个片外存储，因此其芯片地址为 1010000， 8563 的读的芯片地址为 1010011，写地址为 1010010，关于 I2C 总线的帧结构为： 图 35 帧结构图 调试程序流图和帧结构的顺序一样，在这儿就不在重复，调试程序见 设计程序。 调试结果为：往外存中的 10000000 地址写入 10101010 字节数据后读出仍然为 10101010，表明对外存的读写正确。 对 8563 的读写一样。 对 I2C 总线的使用最重要的是时序的正确。 这 是编程最重要的一点。 另外，对读信号时，要注意是启动后，先写片选地址，再送写信号，等应答后送要读的地址，然后才是启动，之后是送片选地址，再送读信号，等应答之后才是地址上的数据。 这与写时序是不一样的。 485 和 232 通讯模块 单片机通讯时需要转换电平，这就要 485 和 232 电平驱动，在开发板中，我们用了 MAX202E 和 MAX485 芯片作为驱动， MAX202 芯片可以实现短距离的通信，是属于单端驱动方式，能将 15V~+15V 的电压转换为 0~5V 的电压 ,速率能达到20K,输出电流可达到 500mA,实现了 TTL— EIA 电平的转换 ,由于 MAX202 芯片是全毕业论文 双工的 ,因此其使能引脚是全使能的 ,又由于 MAX202 芯片输出是 5v 的电压 ,而430 芯片是 3V 电压 ,因此需要一个由 RM3 和 RM4 组成的分压电路 ,由于受 430 内阻和 MAX202输出电流的影响 ,当 RM3和 RM4分别取 2千欧和 3千欧时分压之后的电压刚好能达到的电压 3V,因此取 RM3 和 RM4 为 2千欧和 3千欧。 注 :RS— 232 电平规定为 3V— 15V为 “1” ， +3V— +15V 为 “0”。 而 RS— 485 电平属于平衡电平，是通过两路的比较决定正负的， RU4 起连接两路的作用，但由 于是半双工电路，因此需要使能端口，又由于 启动电平为大于 5V，因此需要加 CM1 和 RC7 的微分电路产生一个比较大的驱动使能信号，当要使能时， “1”电平，则 CM1 和 RC7 的微分使输出到 MAX485 上的电平为一个尖峰信号，从而驱动。 RM1， RM2 的分压电路和 RM3， RM4 的分压原理一样。 MAX232 和 MAX485 分别接到 430 的 USART1 和 USART0 上，实现了多机通信。 在调试中，我们是将 430 和计算机的超级终端相连实现的测试，原理为： 图 36 通讯接口连接图 图 37 调试程序 流图 调试结果可以看出发送的正确性 ,也可以看出用 430 可以达到的波特率的任毕业论文 意性 ,很灵活实用。 但调试中的注意为 : 送的字符最好为熟悉是字符 ,否则可能认为不正确而实际是正确的 ,开始我们发送的是 FFH 字符 ,收到的是一个符号 ,我们还以为发错了 ,而当改为 31H时 ,收到 1 才知道发送正确。 “ 无 ”。 ,因此需要在发送控制寄存器中确定时钟源。 MSP430F149 单片机控制部分原理图 见 （附录 四 ） 毕业论文 4 控制部分介绍 直流电机的控制部分 恒压恒流桥式 2A 驱动芯片 L298N L298N 芯片 脚图： 图 41 L298N 芯片脚图 L298 是 SGS(通标标准技术服务有限公司 )公司的产品，比较常见的是 15 脚Multiwatt 封装的 L298N，内部包含 4 通道逻辑驱动电路。 是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个 H 桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL 逻辑电平信号，可驱动 46V、 2A以下的电机。 其引脚排列如上图中所示。 L298N 的引脚 9为 LOGIC SUPPLY VOLTAGE Vss，即逻辑供应电压。 引脚 4为SUPPLYVOLTAGE Vs，即驱动部分输入电压。 Vss 电压要求输入最小电压为 ，最大可达 36V； Vs 电压最大值也是 36V，但经过我的实验， Vs 电压应该比 Vss 电压高，否则有时会出现失控现象。 它的引脚 2， 3， 13， 14 为 L298N 芯片输入到电动机的输出端，其中引脚 2和 3 能控制两相电机，对于直流电动机，即可控制一个电动机。 同理，引脚 13和 14 也可控制一个直流电动机。 引脚 6 和 11 脚为电动机的使能接线脚。 引脚 5，7， 10， 12 为单片机输入到 L298N 芯片的输入引脚。 下表是其使能、输入引脚和毕业论文 输出引脚的逻辑关系 如 表 41。 表 41 输入引脚和输出引脚的逻辑关系 控制使能引脚 ENA 或者 ENB 就可以实现 PWM 脉宽速度调整。 1 脚和 15 脚可单独引出连接电流采样电阻器，形成电流传感信号，也可以直接接地。 在可设计中就将它们直接接地。 引脚 8为芯片的接地引脚，它与 L298N 芯片的散热片连接在一起。 由于本芯片的工作电流比较大，发热量也比较大，所以在本芯片的散热片上又连接了一块铝合金，以增大它的散热面积。 该芯片的一些参数如下： ： 6～ 7V Vs： ～ 46V Iss： ≤36mA 电流 Io： ≤2A ： 25W（ T=75℃ ） ：高电平： ≤Vin≤Vss ，低电平： ≤Vin≤1 .5V ： 25℃ ～＋ 130℃ ：双路大功率 H桥驱动 L298 是 SGS 公司的产品，比较常见的是 15 脚 Multiwatt 封装的 L298N，内部同样包含 4 通道逻辑驱动电路。 可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。 L298N 可接受标准 TTL 逻辑电平信号 VSS， VSS 可接 4． 5～ 7 V 电压。 4脚 VS 接电源电压， VS 电压范围 VIH 为＋ 2． 5V～ 46 V。 输出电流可达 2． 5 A，可驱动电感性负载。 1 脚和 15 脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。 L298 可驱动 2个电动机， OUT1， OUT2 和 OUT3， OUT4之间可分别接电动机，本实验装置我们选用驱动一台电动机。 5， 7， 10， 12 脚接输入控制电平，控制电机的正反转。 EnA， EnB 接控制使能端，控制电机的停转。 EN A（ B） IN1（ IN3） IN2（ IN4） 电机运行情况 H H L 正转 H L H 反转 H 同 IN2（ IN4） 同 IN1（ IN3） 快速停止 L X X 停止 毕业论文 直流电机驱动电路 原理 EN A6EN B11IN15IN27IN310IN412OUT12OUT23OUT313OUT414ISEN A1ISEN B15VS4VSS9GND8U2L298NC4104100uFC5+5V +12VD21N4007D31N4007D41N4007D51N4007D61N4007D71N4007D81N4007D91N4007C6104100uFC7+5V+12VLED2LED3LED4LED512Power 112M112M212 34TLP112 34TLP212 34TLP312 34TLP41 2 3 4 5 6 7 8 9R112345678910JP2Header 10+5V+5VPWMBPWMA+5VTLP00TLP01TLP02TLP03TLP04TLP05TLP06TLP07TLP00 TLP01 TLP02 TLP03 TLP04 TLP05 TLP06 TLP07PWMBPWMA 图 42 直流电机驱动电路原理 图 由主控程序控制这几个脚就可以达到控制电机正反转的目的。 为了提高机器人的循线成功系数，我们采用了 PWM 进 行机器人运转速度控制，当两个传感器感知到引导线条，点亮指示灯并准备做出改变机器人行进方向的响应时，靠程序的 PWM 控制降低电机的转速，实现平滑的转向过程。 PWM 调速的基本原理和思想即使通过反复循环改变 ON/OFF 的时间分配。 但机器人无法借助循环处理实现 PWM，需要通过中断处理方式实现。 设计靠的是89S51 的两个定时器实现的，需要对定时器设定中断周期，也就是 PWM 的频率。 请注意， PWM 的频率即时达到数十千赫兹也能满足平滑控制的要求，当产生一个很大的弊端，就是中断次数过多，导致 CPU 大部分时间都在处理中断，实时 检测和控制不能很快的响应和处理。 而且电机也存在一个变化速率匹配的问题，所以不妨通过不断的尝试，适当地改变上述设定值以便得到最佳的效果。 直流电机的 PWM 调速电路 PWM 控制芯片 SG3525 功能简介 随着电能变换技术的发展，功率 MOSFET 在开关变换器中开始广泛使用，为此美国硅通用半导体公司（ Silicon General）推出 SG3525。 SG3525 是用于驱动 N沟道功率 MOSFET。 其产品一推出就受到广泛好评。 SG3525 系列 PWM 控制器分军品、工业品、民品三个等级。 下面我们对 SG3525 特点、引脚 功能、电气参数、工作原理以及典型应用进行介绍。 SG3525 是电流控制型 PWM 控制器，所谓电流控制型脉宽调制器是按照接反馈电流来调节脉宽的。 在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节占空比使毕业论文 OUT B14OSC OUT4IN+2RT6CT5DISC7CMPEN9IN1SYNC3GND12SS8VCC15VC13OUT A11VREF16SD10U1SG3525AN18nFC31KR3CLK110KR110kPWM112OUT1VCC21KR2LED112JP1100uF/50VC1104C2VCC2Vin VoutGND1VCC1 VCC1VCC2D112GND1 图 43 PWM 信号输出电路 输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。 由于结构上有电压环和电流环双环系统，因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高，是目前比较理想的新型控制器。 SG3525 引脚功能及特点简介其原理图如图下： 图 44 PWM 控 制芯片 SG3525 (引脚 1)：误差放大器反向输入端。 在闭环系统中，该引脚接反馈信号。 在开环系统中，该端与补偿信号输入端（引脚 9）相连，可构成跟随器。 (引脚 2)：误差放大器同向输入端。 在闭环系统和开环系统中，该端接给定信号。 根据需要，在该端与补偿信号输入端（引脚 9）之间接入不同类型的反馈网络，可以构成比例、比例积分和积分等类型的调节器。 (引脚 3)：振荡器外接同步信号输入端。 该端接外部同步脉冲信号可实现与外电路同步。 毕业论文 (引脚 4)：振荡器输出端。 (引脚 5)：振荡器定时电容接入端。 （引脚 6）：振荡器定时电阻接入端。 图 45 SG3525 内部结构图 (引脚 7)：振荡器放电端。 该端与引脚 5 之间外接一只放电电阻，构成放电回路。 (引脚 8)：软启动电容接入端。 该端通常接一只 5 的软启动电容。 (引脚 9)： PWM 比较器补偿信号输入端。 在该端与引脚 2 之间接入不同类型的反馈网络，可以构成比例、比例积分和积分 等类型调节器。 (引脚 10)：外部关断信号输入端。 该端接高电平时控制器输出被禁止。 该端可与保护电路相连，以实现故障保护。 A（引脚 11）：输出端 A。 引脚 11 和引脚 14 是两路互补输出端。 (引脚 12)：信号地。 (引脚 13)：输出级偏置电压。